Вирусы резко отличаются от других ... формах: вне клеток и внутри клеток. Вирусы

Вирусы – это особая группа организмов с неклеточным строением.
Вирусы резко отличаются от других форм жизни. Они способны существовать в двух
формах: вне клеток и внутри клеток.
Вне клеток существуют свободные вирусы – вирионы. Вирионы не проявляют свойств
биологических систем: у них отсутствует обмен веществ, и они неспособны к
самовоспроизведению. Вирионы состоят из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенных
в белковую оболочку – капсид.
В состав капсида входит строго определенное количество повторяющихся белковых
субъединиц – капсомеров. Например, у вируса полиомиелита в состав капсида входит 60
капсомеров, у аденовируса – 252, у вируса табачной мозаики – 2000.
Размеры вирусов колеблются от 20 до 350 нм. По морфологии различают следующие
формы вирусов: сферическую, палочковидную, кубоидальную, сперматозоидную. По
характеру симметрии капсида различают вирусы со спиральным, кубическим
(икосаэдрическим) и комбинированным типом симметрии.
Степень сложности вириона может быть различной. У простых вирусов в состав вириона
входит только нуклеиновая кислота и белки, которые связаны в единую нуклеопротеиновую
структуру – нуклеокапсид. У сложных вирусов имеется дополнительная липопротеиновая
оболочка – суперкапсид. В состав сложных вирионов могут входить углеводы и некоторые
ферменты. Однако вирусы никогда не содержат метаболических систем, обеспечивающих
обмен веществ.
Для собственного воспроизведения вирусы должны проникнуть в клетку. Поверхность
капсида включает химические вещества, способствующие прикреплению вириона к
поверхности клетки и проникновению всего вириона или нуклеиновой кислоты в клетку.
Сначала происходит адсорбция (фиксация) вирионов на поверхности клетки, а затем внутрь
клетки проникает или весь вирион или только вирусная нуклеиновая кислота. В большинстве
случаев вирусы проникают в клетку путем виропексиса (этот механизм проникновения
вирусов в клетку сходен с фагоцитозом).
Как и любое чужеродное вещество, нуклеиновые кислоты вирусов, проникшие в клетку,
должны разрушаться защитными системами клетки. Основу защитных систем составляют
нуклеазы – ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты. Однако существует множество
способов защиты вирусных нуклеиновых кислот от разрушения ферментными системами
клетки. Например, у крупных ДНК-содержащих бактериофагов в состав вирусной ДНК входят
модифицированные основания: окисленные и метилированные. Такая модифицированная ДНК
не разрушается клеточными нуклеазами.
После проникновения в клетку вирусы вступают в вегетативно-репродуктивную фазу,
то есть приобретают способность к обмену веществ и воспроизведению, причем, метаболизм
вирусов неразрывно связан с метаболизмом клетки-хозяина. Таким образом, вирусы являются
облигатными (обязательными) специализированными внутриклеточными паразитами на
молекулярно-генетическом уровне.
Многие вирусы приступают к репродукции сразу же поле проникновения в цитоплазму
клетки-хозяина. Однако в ряде случаев нуклеиновые кислоты вирусов встраиваются
(интегрируются) в состав хромосом хозяина. В интегрированном состоянии вирус называется
провирусом. Провирусы неотличимы от генетического материала хозяина и воспроизводится
вместе с ним. В интегрированном (вирогенном) состоянии вирусы могут находиться долгое
время. Но в ряде случаев (при изменении физиологического состояния клетки, например, при
облучении) начинается репродукция вируса. С помощью ферментов и пластических веществ
клетки идет репликация вирусных нуклеиновых кислот и вирусных белков. Путем самосборки
из этих молекул формируется множество вирионов, которые покидают клетку. При этом клетка
может погибнуть или сохраниться.
1
Многообразие и значение вирусов
В настоящее время известно свыше 800 видов вирусов (вероятно, миллионы видов еще
не открыты). Вирусы классифицируются по носителям наследственной информации (ДНКсодержащие и РНК-содержащие) и по хозяевам (вирусы растений, вирусы грибов, вирусы
животных и вирусы прокариот, или бактериофаги). Биномиальная номенклатура в вирусологии
не привилась, и обычно каждый вид вируса получает собственное имя.
Вирусы – возбудители многих инфекционных заболеваний растений, животных и
человека. В то же время, вирусы – возбудители заболеваний у нежелательных для человека
организмов («враги наших врагов»). Вирусы широко используются как объекты молекулярногенетических исследований. В генной инженерии вирусы применяются для переноса
генетического материала.
Происхождение вирусов. Существует ряд теорий происхождения вирусов. Согласно
одной из теорий, вирусы – крайне упрощенные прокариотические организмы, утратившие
цитоплазму. Противоположные теории рассматривают вирусы как часть генетического
материала клетки, вынесенного за ее пределы.
Биологическое значение вирусов в первую очередь связывается с их патогенностью –
способностью вызывать заболевания. Различают острые вирусные заболевания (например, грипп),
хронические и латентные (скрытые).
Борьба с вирусными заболеваниями человека и животных ведется с использованием
неспецифических препаратов (например, интерферона), специфических сывороток и препаратов,
подавляющих репродукцию вирусов. Для профилактики вирусных заболеваний применяют
различные вакцины. Антибактериальные препараты (сульфаниламиды, антибиотики) на вирусы не
действуют.
Некоторые
вирусы
(аденовирусы,
ретровирусы)
могут
нарушать
нормальное
функционирование генетического аппарата клетки хозяина, что приводит к развитию
онкологических заболеваний.
ДНК-содержащие вирусы
К ДНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы бактерий – бактериофаги (или
просто фаги). Белковый капсид включает не менее 130 белков, образующих головку,
воротничок, сократимый хвост, базальную пластинку и хвостовые нити. Такое строение
капсида позволяет впрыскивать ДНК в бактериальную клетку через толстую оболочку,
поэтому подобные вирусы образно называют «живыми шприцами». Т–фаги могут
существовать в виде профага длительное время. К ДНК-содержащим вирусам относятся
возбудители многих заболеваний человека и животных: вирусы оспы, герпеса, гепатита В,
аденовирусы млекопитающих и человека (вызывают желудочно-кишечные заболевания,
ОРВИ, конъюнктивиты), вирусы бородавок человека. К ДНК-содержащим вирусам относятся
и некоторые вирусы растений (вирус золотистой мозаики фасоли, вирус мозаики цветной
капусты). Некоторые вирусы используются в генной инженерии для переноса генов от одних
организмов к другим, например, обезьяний вирус SV 40.
Вирионы ДНК-содержащих вирусов содержат ДНК. Объемом ДНК определяется
количество белков в вирионе: один полипептид кодируется отрезком ДНК длиной примерно 1
тысяча нуклеотидов (нуклеотидных пар). После проникновения в клетку вирусная ДНК
становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.
Примеры организации генома ДНК-содержащих вирусов
- Обезьяний вирус SV 40. Используется в генной инженерии как вектор переноса генов.
– Вирусы бородавок человека.
– Бактериофаги типа Т4.
– Аденовирусы млекопитающих и человека. Вызывают ОРВИ, конъюнктивиты,
желудочно-кишечные заболевания, иногда обладают онкогенными свойствами.
– Вирусы оспы, герпеса и им подобные.
– Вирус гепатита В.
– Вирус мозаики цветной капусты, вирус золотистой мозаики фасоли.
2
РНК-содержащие вирусы
К РНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы растений, возбудители
заболеваний человека и животных: вирус полиомиелита, вирусы гриппа А, В и С, вирусы
паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки), бешенства, вирус
иммунодефицита человека (ВИЧ). В отдельную группу выделяются арбовирусы, которые
переносятся членистоногими (клещами, москитами), например, вирусы клещевого энцефалита,
желтой лихорадки. Многие РНК-содержащие вирусы вызывают ОРВИ (например,
коронавирусы), желудочно-кишечные заболевания (реовирусы птиц, млекопитающих и
человека). Некоторые РНК-содержащие вирусы используются в биотехнологии, например,
вирусы полиэдроза насекомых.
Вирионы РНК-содержащих вирусов содержат РНК. После проникновения в клетку
вирусная РНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.
– Вирус табачной мозаики (ВТМ) – сегментированная РНК. Вирион нитевидный
(18х300 нм). ВТМ открыт Д.И. Ивановским в 1982 г.
– Вирус полиомиелита – несегментированная РНК. Вирионы мелкие, в виде икосаэдра.
Капсид белковый.
– Вирус бешенства. Нитевидный вирион. Имеется дополнительная липопротеиновая
оболочка.
– Арбовирусы (переносятся членистоногими: клещами, москитами) – вирусы клещевого
энцефалита, желтой лихорадки. Морфология и размеры вирионов разнообразны,
например, вирус энцефалита содержит 9 белков. Имеется дополнительная
липопротеиновая оболочка.
– Мелкие бактериофаги (с несегментированной РНК).
– Вирусы гриппа А, В, С.
– Вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки). Сферический
вирион средних размеров. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.
Две линейные одноцепочечные одинаковые молекулы мРНК. Ретровирусы. Способны
интегрироваться в ДНК. В состав вирионов входит фермент обратная транскриптаза
(ревертаза). Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка. Многие ретровирусы
вызывают онкологические заболевания: лейкозы, саркомы, опухоли молочных желез. К
ретровирусам относится и вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД.
– Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Содержит одну плюс-цепь РНК, кодирует 13
белков. Сферический вирион. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка,
включающая фрагменты мембран человека. Избирательно поражает Т–лимфоциты.
ВИЧ. СПИД. Профилактика СПИДа
ВИЧ – это вирус иммунодефицита человека, который вызывает тяжелое неизлечимое
заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). СПИД – это заболевание
иммунной системы, которое проявляется в том, что безопасные для здорового человека
микроорганизмы приобретают способность вызывать тяжелые инфекционные заболевания.
Кроме того, СПИДу сопутствуют некоторые онкологические заболевания.
В организме человека ВИЧ избирательно поражает строго определенный тип
лимфоцитов – Т–лимфоциты, отвечающие за распознавание чужеродных антигенов. У
здорового человека титр (концентрация) Т–лимфоцитов составляет 800 клеток на 1 мл крови,
но при заболевании СПИДом этот показатель снижается до 100.
ВИЧ относится к ретровирусам. Его геном представлен линейной одноцепочечной
молекулой РНК. ВИЧ – это сложный вирус. В состав вириона входит нуклеокапсид
(собственно вирион) и внешняя липопротеиновая оболочка. В состав нуклеокапсида входит
РНК (две молекулы) и 13 вирусных белков, в том числе, и обратная транскриптаза (ревертаза).
В инфицированной клетке на матрице вирусной РНК с помощью вирусной обратной
транскриптазы синтезируется цепь ДНК. Вирусная РНК при этом разрушается.
3
Образовавшаяся двухцепочечная ДНК встраивается в определенный участок одной из
хромосом клетки хозяина. Интегрированная ДНК-копия вирусного генома представляет собой
провирус. В таком состоянии ретровирус может долгое время сосуществовать с
инфицированным организмом – вирусоносителем. Однако, получив определенные
молекулярные сигналы, с провирусной ДНК инициируется транскрипция вирусной мРНК, а с
нее – синтез вирусных белков. Затем происходит самосборка множества вирусных частиц и их
выход из клетки. Клетка хозяина (лимфоцит) погибает, а часть ее мембран образует
липопротеиновую оболочку вируса. Гибель Т-хелперов и приводит к развитию СПИДа.
Пути передачи ВИЧ. Вне человеческого организма ВИЧ существовать не может. Поэтому
источником ВИЧ-инфекции является только человек – больной СПИДом или бессимптомный
вирусоноситель. У такого человека ВИЧ обнаруживается в крови, сперме, грудном молоке,
секрете шейки матки и других жидкостях. Для заражения другого человека перечисленные
жидкости должны попасть во внутреннюю среду организма.
К основным способам заражения относятся: передача через донорскую кровь и при
повторном использовании шприцев (вероятность заражения практически 100%), половые
контакты (вероятность заражения 10...70%), передача от матери к ребенку до или во время
родов (вероятность 25...50%) или при вскармливании зараженным молоком. ВИЧ-инфекция не
передается при обычном общении между людьми.
Первоначально основным путем заражения ВИЧ служили половые контакты (особенно
гомосексуальные). Однако с середины 1990-х гг. наибольшую опасность представляет
повторное использование шприцев в среде наркоманов.
Основные стадии развития СПИДа. Первая стадия протекает бессимптомно и длится
6...12 месяцев. В это время происходит размножение ВИЧ, которое вскоре затухает. Вторая
стадия длится до 3...5 лет. На этой стадии происходит некоторое уменьшение количества Тлимфоцитов, однако и количество вирусных частиц тоже снижается; самочувствие больного
еще хорошее. На третьей, четвертой и пятой стадии количество вирусных частиц возрастает, а
количество Т-лимфоцитов уменьшается настолько, что иммунная система не может нормально
функционировать, развиваются различные инфекции: хронический герпес, молочница
слизистой рта и другие грибковые заболевания. Суммарная продолжительность этих стадий
около 3 лет. На шестой стадии количество вирусных частиц достигает максимума, а титр
(количество) Т-лимфоцитов становится минимальным – меньше 100 клеток на 1 мл крови.
Развиваются хронические инфекции (например, тяжелая пневмония), которые приводят к
смерти. Шестая стадия продолжается не более 2 лет и является собственно СПИДом.
СПИД – это неизлечимое заболевание.
Имеющиеся методы лечения несколько продлевают продолжительность жизни ВИЧ–
инфицированных людей. Имеющиеся лекарственные препараты задерживают развитие
СПИДа, однако ни одного случая полного излечения неизвестно.
4